En pläteringsverkstad tog en PTFE elpatron från en zinkpläteringstank efter nio månaders drift. Värmaren visade en horisontell spricka som löpte längs vätskelinjen -gränsen mellan de nedsänkta och exponerade sektionerna. Sprickan hade penetrerat PTFE och blottat metallmanteln. Tanken var utrustad med en flottörbrytare som styrde vätskenivån, men omkopplaren hade ett dödband på cirka 40 mm och nivån cyklade upp och ner över värmarens ovansida.
Flottörbrytare är vanliga nivåkontrollanordningar i pläteringstankar och kemiska processtankar. De är enkla, pålitliga och billiga. Men de har ett dödband-ett intervall mellan strömbrytarens-på- och -av-nivåerna-som gör att vätskenivån kan fluktuera. Om värmaren är placerad så att vätskeledningen faller inom dödbandet, växlar värmaren mellan nedsänkt och exponerad tillstånd, och PTFE spricker längs vätskeledningen.
Varför vätskelinjen är en stresskoncentrationszon
Vätskeledningen är gränsen mellan de nedsänkta och exponerade delarna av värmaren. Den nedsänkta delen kyls av processvätskan. Den exponerade delen kyls med luft, vilket är mycket mindre effektivt. Temperaturskillnaden mellan de två portionerna kan vara 50–100 grader.
Den nedsänkta delen expanderar mindre än den exponerade delen. Differentialexpansionen skapar skjuvspänning vid vätskeledningen. Spänningen koncentreras till PTFE-ytan, där polymeren är bunden till metallhöljet. Upprepad cykling orsakar utmattningssprickor.
| Vätskenivåcykel | Temperaturskillnad vid vätskeledning | Stressamplitud | Dags att knäcka |
|---|---|---|---|
| <10 mm | 40–60 grader | Låg | >36 månader |
| 10–25 mm | 50–80 grader | Måttlig | 18–30 månader |
| 25–40 mm | 60–100 grader | Hög | 8–16 månader |
| 40–60 mm | 80–120 grader | Mycket hög | 4–10 månader |
| >60 mm | >120 grader | Svår | 2–6 månader |
Vätskenivåcykler och dess effekt på PTFE-sprickbildning vid vätskeledningen
Varför flytswitchar skapar flytande linjecykling
En flottörbrytare fungerar genom att öppna eller stänga en krets när vätskenivån når ett börvärde. Omkopplaren har ett dödband-nivån måste sjunka en viss mängd innan omkopplaren stänger påfyllningsventilen. Dödbandet är vanligtvis 20–50 mm, beroende på switchens design.
Om värmaren är placerad så att vätskeledningen faller inom dödbandet, växlar värmaren mellan nedsänkt och exponerad tillstånd med varje påfyllningscykel. Antalet cykler beror på avdunstningen och utsläpningshastigheten.- I en tank med hög avdunstning kan nivån cykla flera gånger per dag.
Varför bildas sprickan vid vätskelinjen
Sprickan bildas vid vätskeledningen eftersom det är där spänningen är högst. PTFE vid vätskeledningen utsätts för hela temperaturskillnaden mellan de våta och torra sektionerna. Skjuvspänningen är koncentrerad till PTFE-metallgränsytan.
Sprickan fortplantar sig horisontellt längs vätskelinjen. Det kan förbli en ytspricka i månader, eller så kan det penetrera PTFE och exponera metallen. När metallen är exponerad börjar korrosion och värmaren misslyckas.
Förhindrar sprickbildning i vätskelinjen
Det mest effektiva förebyggandet är att placera värmaren så att vätskeledningen ligger långt under flottöromkopplarens dödband. Toppen av den uppvärmda sektionen bör vara minst 75 mm under den lägsta vätskenivån. Detta säkerställer att värmaren förblir helt nedsänkt även när nivån är på den lägsta punkten av dödbandet.
En förregling på låg-nivå ger extra skydd. Spärren bryter strömmen till värmaren om nivån sjunker under säkerhetströskeln. Förreglingen bör vara oberoende av flottörbrytaren och bör kräva manuell återställning.
En värmare med en kortare uppvärmd sektion som håller sig långt under den normala vätskelinjen ger marginal mot nivåfluktuationer. Om tanken är tillräckligt djup håller den uppvärmda sektionen i den nedre halvan av tanken den nedsänkt även under betydande nivåfall.
| Förebyggande åtgärd | Effekt på vätskelinjesprickor | Genomförande |
|---|---|---|
| Lägre värmarens läge | Undviker dött band | Värmare montering |
| Låg-nivå förregling | Kapar strömmen på låg nivå | Nivågivare och relä |
| Kortare uppvärmd sektion | Håller värmaren under vatten | Värmare design |
| Reducerat dödband | Mindre nivå cykling | Uppgradering av flottörbrytare |
Förebyggande åtgärder för vätskeledningssprickor i tankar med flottörbrytare
När vätskelinjesprickor indikerar ett designproblem
En värmare som spricker vid vätskeledningen trots ett lågt monteringsläge och en låg-nivåförregling indikerar att flottörbrytarens dödband är för stort för applikationen. En anpassad PTFE elpatronskonfiguration med en kortare uppvärmd sektion, en lägre monteringsposition och en låg-nivå förregling åtgärdar grundorsaken till vätskeledningssprickor. Specifikationsprocessen kräver tankdimensioner, flottöromkopplarens dödband, normala och lägsta vätskenivåer och erforderlig watt. För anläggningar med nivåkontroll av nivåvippa reducerar denna applikations-specifika metod sprickbildning i vätskeledningen och förlänger värmarens livslängd.
